探究金属钠在空气中燃烧的异常现象

摘要：笔者发现：金属钠在空气中燃烧有不明的黑色产物，针对这一异常现象，对其进行实验探究和理论解释。

关键词：钠；空气；燃烧；黑色物质；碳；二氧化碳

中图分类号：G633.8文献标识码：B文章编号：1672-1578（2015）05-0463-01

在人教版高中化学教材必修1的47页讲金属与非金属的反应时，有一个重要的演示实验：实验3-2钠在空气中燃烧生成过氧化钠的实验。笔者在做这个实验的时候发现：金属钠在空气中燃烧生成的黄色过氧化钠产物中混有少量的黑色物质，那么这黑色物质究竟是什么呢？

条件好的学校应该在初中化学实验课上做过镁在二氧化碳中燃烧的实验：用坩锅钳把点燃的镁条伸进充满二氧化碳的集气瓶中，发现镁条在集气瓶中继续燃烧，生成大量的白色烟雾，瓶壁有少量的黑色物质产生，该反应说明镁条能与二氧化碳反应生成氧化镁和单质碳，化学反应方程式为：。

金属活动性顺序表告诉我们：金属钠比金属镁还要活泼一些，既然金属钠的还原性比金属镁的还原性要强，那么理论上金属钠应该也能与二氧化碳反应，而且金属钠与二氧化碳的反应要比金属镁在二氧化碳中的反应更剧烈一些。事实究竟是不是如理论所说的这样呢？该黑色物质究竟是不是金属钠与空气中二氧化碳反应的产物：单质碳呢？

下面我们探究一下金属钠与二氧化碳的反应：

事先用集气瓶（瓶底铺上一层细沙）收集一瓶二氧化碳，从煤油中取出一小块金属钠，并用滤纸吸干其表面的煤油，把周围淡黄色的表皮切掉，放在燃烧匙中并用酒精灯点燃，然后迅速把燃烧匙伸进充满二氧化碳的集气瓶中，发现钠在集气瓶中继续燃烧，待反应结束，发现燃烧匙内的产物表面几乎全是黑色物质，取出燃烧匙并将燃烧匙中的产物转移到一张洁净的滤纸上面。发现除了有黑色固体产物外也有一部分白色固体产物。

现在终于可以肯定黑色物质就是单质碳了。那么白色固体是什么东西呢？

类比镁与二氧化碳反应的化学方程式，我们可以写出金属钠与二氧化碳的化学反应方程式：，白色固体就可能是氧化钠。但是我们知道氧化钠的化学性质比较活泼，遇二氧化碳又有可能变成碳酸钠，其化学方程式为：，将（1）（2）两个方程式叠加起来，消去氧化钠便可以得到金属钠与二氧化碳的反应方程式：。

下面我们来验证一下该白色固体：

将滤纸上的产物全部转移到一支小试管中，加入少量的水，充分振荡后静置一会，发现白色物质消失，下面有少量的黑色不溶物。取出少量的溶液，滴加氯化钡溶液，发现立即产生白色沉淀。由此，完全可以证明该白色固体是碳酸钠。

滤出黑色不溶物，放在燃烧匙上并用酒精灯加热，虽然不能看到明显的燃烧现象，但是黑色物质的最终消失，也进一步证明该结论的正确性。

笔者反复实验发现：先把坩埚加热1-2分钟，再将切好的金属钠投入到高温坩埚中，这样才能得到比较纯净的淡黄色的固体过氧化钠（几乎看不到有黑色物质产生）。

通过对金属钠在空气中燃烧的异常现象的实验探究，我们发现已学的化学理论对化学实验有很大的指导作用，两者的关系是极为密切、相互促进的；同时也说明，在做化学实验时，一定要仔细观察实验现象，这样才能提高我们分析问题、解决问题的能力，我们应该抓住化学实验中的每一个异常现象，说不定因为仔细研究实验中的细节问题，一个重大的化学发现以及化学理论的突破就产生了。